Systemprogrammierung Grundlagen von Betriebssystemen
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Systemprogrammierung
Grundlagen von Betriebssystemen
Teil A – I. Organisation
Jürgen Kleinöder
Wolfgang Schröder-Preikschat
15. April 2021
Dozenten Lehrstuhl für Verteilte Systeme und Betriebssysteme
Jürgen Kleinöder Wolfgang Schröder-Preikschat
© wosch SP (SS 2021, A – I) I/2
Agenda Einleitung Konzept Lehrkanon Lehrziele Vorkenntnisse Arrangement Veranstaltungsbetrieb Leistungsnachweise Ausklang © wosch SP (SS 2021, A – I) 1. Einleitung I/3 Gliederung Einleitung Konzept Lehrkanon Lehrziele Vorkenntnisse Arrangement Veranstaltungsbetrieb Leistungsnachweise Ausklang © wosch SP (SS 2021, A – I) 1. Einleitung I/4
Softwaregetriebe Infrastruktur
Quelle: fotalia.com
© wosch SP (SS 2021, A – I) 1. Einleitung I/5
Systemnahe Software Bindeglied
Definition (Systemprogrammierung)
Erstellen von Softwareprogrammen, die Teile eines Betriebssystems
sind beziehungsweise mit einem Betriebssystem direkt interagieren
oder die Hardware (genauer: Zentraleinheita und Peripherieb ) eines
Rechensystems betreiben müssen.
a
central processing unit (CPU), ein-/mehrfach, ein-, mehr- oder vielkernig.
b
Geräte zur Ein-/Ausgabe oder Steuerung/Regelung „externer Prozesse“.
Auch schon mal zwischen zwei Stühlen sitzend:
Anwendungssoftware („oben“) einerseits
ermöglichen, unterstützen, nicht entgegenwirken
Plattformsysteme („unten“) andererseits
anwendungsspezifisch verfügbar machen
problemorientiert betreiben, bedingt verbergen
nachteilige Eigenschaften versuchen zu kaschieren Quelle: arcadja.com, Franz Kott
© wosch SP (SS 2021, A – I) 1. Einleitung I/6
Programmierwerkbank Arbeitstisch und Werkzeuge
Quelle: https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www
© wosch SP (SS 2021, A – I) 1. Einleitung I/7
Gliederung
Einleitung
Konzept
Lehrkanon
Lehrziele
Vorkenntnisse
Arrangement
Veranstaltungsbetrieb
Leistungsnachweise
Ausklang
© wosch SP (SS 2021, A – I) 2. Konzept I/8
Lehreportfolio von Informatik 4 Bachelorstudium
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© wosch SP (SS 2021, A – I) 2.1 Konzept – Lehrkanon I/9
Module SP (10 ECTS) und GSP (5 ECTS)
Systemprogrammierung (SP) ∼ geteiltes Modul
,→ Systemprogrammierung I (SP1) 7→ Teile A und B 5 ECTS
,→ Systemprogrammierung II (SP2) 7→ Teil C 5 ECTS
SP1 geht in die Breite, liefert einen funktionalen Überblick
SP2 geht in die Tiefe, behandelt ausgewählte Funktionen im Detail
beide Hälften sind Grundlage vor allem der „Betriebssysteme“-Säule
Grundlagen der Systemprogrammierung (GSP)
,→ Systemprogrammierung I (SP1) 5 ECTS
Export für Studiengänge, die Stoffausbau durch SP2 nicht erfordern
© wosch SP (SS 2021, A – I) 2.1 Konzept – Lehrkanon I/10
Studiengänge und Zuordnung
Abschluss Studiengang SP1 SP2
Bachelor Informatik × ×
Informations- und Kommunikationstechnik × ×
Computational Engineering × ×
Wirtschaftsinformatik × ×
Informatik, 2-Fach Bachelor ×
Medizintechnik GSP
Lehramt Informatik, Gymnasium × ×
Alternative zu Systemnahe Programmierung in C (SPiC):
Abschluss Studiengang SP1 SP2
Bachelor Mathematik, Nebenfach Informatik ×
Technomathematik ×
© wosch SP (SS 2021, A – I) 2.1 Konzept – Lehrkanon I/11
Lernziele
Vorgänge innerhalb von Rechensystemen ganzheitlich verstehen
Hardware ↔ Software
..
.
Zusammenspiel Anwendung ↔ Betriebssystem begreifen
..
.
Treiber ↔ Gerät
imperative Systemprogrammierung (in C) in
Grundzügen kennenlernen
im Kleinen für Dienstprogramme praktizieren
im Großen durch Betriebssysteme erfahren
Beziehungen zwischen funktionalen und
nicht-funktionalen Systemmerkmalen erfassen Quelle: fotalia.com
© wosch SP (SS 2021, A – I) 2.2 Konzept – Lehrziele I/12
Lehrveranstaltungsformen
Vorlesung — Vorstellung und detaillierte Behandlung des Lehrstoffs
Lehrveranstaltung an einer Universität, Hochschule, bei der ein Dozent,
eine Dozentin über ein bestimmtes Thema im Zusammenhang vorträgt. [2]
Organisation (der Systemsoftware) von Rechensystemen
Grundlagen von Betriebssystemen
maschinennahe Programme
Übung — Vertiefung, Aufgabenbesprechung, Tafelübungen
Lehrveranstaltung an der Hochschule, in der etwas, besonders das Anwen-
den von Grundkenntnissen, von den Studierenden geübt wird. [2]
Systemprogrammierung in C
Systemprogramme, -aufrufe, -funktionen von UNIX
Rechnerarbeit — Programmierung, Fehlersuche/-beseitigung
UNIX (Linux), CLI (shell), GNU (gcc, gdb, make), vi. . .
© wosch SP (SS 2021, A – I) 2.2 Konzept – Lehrziele I/13
Inhaltsüberblick Kapitelzuordnung und -folge
I. Lehrveranstaltungsüberblick Teil C ∼ Vertiefung
IX. Prozessverwaltung
Teil A ∼ C-Programmierung
Einplanung
II. Einführung in C
Einlastung
III. Programm 7→ Prozess
X. Koordinierung
Teil B ∼ Grundlagen Synchronisation
IV. Einleitung XI. Betriebsmittelverwaltung
V. Rechnerorganisation XII. Speicherverwaltung
VI. Abstraktionen (UNIX) Adressräume
VII. Betriebsarten Arbeitsspeicher
XIII. Dateisysteme
VIII. Zwischenbilanz SP1
Speicherung
XIV. Fragestunde SP1 & SP2 Fehlererholung
© wosch SP (SS 2021, A – I) 2.2 Konzept – Lehrziele I/14Voraussetzungen zum Verständnis des Lehrstoffs
obligatorisch: Grundlagen der Programmierung 7→ AuD
Datentypen, Kontrollkonstrukte, Prozeduren
statische und dynamische Datenstrukturen
„Programmierung im Kleinen“
,→ vor allem für die Übung, weniger für die Vorlesung
wünschenswert: Technische Informatik 7→ GTI, GRA
„Von-Neumann-Architektur“
Operationsbefehle, Befehlsoperanden, Adressierungsarten
Unterbrechungssteuerung (Pegel kontra Flanke)
Assemblerprogrammierung
Pseudo- und Maschinenbefehle (IA32)
Binär-, Oktal-, Hexadezimalkode
CPU, DMA, FPU, IRQ, MCU, MMU, NMI, PIC, TLB
altbewährte und nach wie vor aktuelle Sekundärliteratur
Wirth [4, 5]: Algorithmen, Datenstrukturen, Programmierung
Tanenbaum [3]: Rechnerorganisation
© wosch SP (SS 2021, A – I) 2.3 Konzept – Vorkenntnisse I/15
Abhängigkeiten zwischen den Vorlesungsteilen
Systemprogammierung I
Teil A setzt grundlegende Programmierkenntnisse voraus
vermittelt Grundlagen der Programmierung in C
Teil B setzt grundlegende Programmierkenntnisse in C voraus
vermittelt Operationsprinzipien von Betriebssystemen
Systemprogrammierung II
Teil C setzt Kenntnisse dieser Operationsprinzipien voraus
vermittelt interne Funktionsweisen von Betriebssystemen
Erlangung der benötigten Vorkenntnisse:
i durch Vorlesungsteilnahme
empfohlene sequentielle Belegung der Vorlesungsteile
ii durch Lehrbuchlektüre, aus anderen Lehrveranstaltungen, . . .
© wosch SP (SS 2021, A – I) 2.3 Konzept – Vorkenntnisse I/16Gliederung Einleitung Konzept Lehrkanon Lehrziele Vorkenntnisse Arrangement Veranstaltungsbetrieb Leistungsnachweise Ausklang © wosch SP (SS 2021, A – I) 3. Arrangement I/17 Unterrichtstermine und -sprache Vorlesungs-, Übungs- und Rechnerzeiten: auf www4.cs.fau.de dem Reiter „Lehre“ folgen Sondertermine am Semesteranfang für den Crash-Kurs über C Unterrichtssprache: Vorlesung und Übung Fachbegriffe Sachwortverzeichnis (in Arbeit und Überarbeitung) www4.cs.fau.de/~wosch/glossar.pdf © wosch SP (SS 2021, A – I) 3.1 Arrangement – Veranstaltungsbetrieb I/18
Vorlesung Kumulatives Lernen
Aneignung von neuem Wissen
selbständig die jeweils nächste Vorlesung vorbereiten
an der Präsentation teilnehmen, ihr zuhören, Fragen stellen
behandelte Themen untereinander diskutieren, Lehrstoff nachbereiten
mit bisherigem/anderem Wissen in Beziehung bringen:
AuD Grundlagen der Programmierung in einer Hochsprache
PFP Grundlagen der parallelen Programmierung
GRA Rechnerorganisation oder -architektur
Grundlagen der Programmierung in Assembliersprache
im Hörsaal präsentiertes Lehrmaterial: Vorlesungsfolien1
stehen animiert und in Handzettelform elektronisch zur Verfügung
PDF: auf www4.cs.fau.de dem Reiter „Lehre“ folgen
Anzahl und „Füllungsdichte“ sind bewusst eher hoch gehalten:
i obligatorischer und optionaler (Anhang) Vorlesungsstoff
ii schriftlich fixierte Gedankenstränge als Hilfe zur Nachbearbeitung
Anhänge und ergänzende Materialien sind keine Klausuraufgaben
1
Bildschirmaufzeichnungen der Jahre 2020/21 über fau.tv verfügbar.
© wosch SP (SS 2021, A – I) 3.1 Arrangement – Veranstaltungsbetrieb I/19
Übung Lernen durch Handeln
Wissen durch direkte Erfahrung vertiefen
Tugendhaftes Verhalten und fachliches Können wird weniger
durch einfache Belehrung als durch praktisches Nachmachen,
Üben, Anwenden erlernt. (Aristoteles [1])
Diskussion der Übungsaufgaben, Lösungsansätze ausarbeiten
Vorlesungsstoff festigen, offene Fragen klären
Tafelübung unter Anleitung einer/s Übungsleiterin/s
Anmeldung durch waffel2 (URL siehe Webseite von SP)
Übungsaufgaben sind in Gruppen zu bearbeiten: Kannvorschrift
ist abhängig von der Teilnehmeranzahl
Gruppenpartner müssen in derselben Übung sein
Rechnerarbeit in Eigenverantwortung
ohne Anmeldung, reservierte Arbeitsplätze stehen zur Verfügung
bei Fragen sich an die Übungsleiter/innen von SP wenden
2
Abk. Webanmeldefrickelformular Enterprise Logic
© wosch SP (SS 2021, A – I) 3.1 Arrangement – Veranstaltungsbetrieb I/20Studien- und Prüfungsleistungen
2 SWS Theorie 2 SWS V
Klausur
5 ECTS
SP1 90Min.
1 SWS Ü
Bonus−
2 SWS Praxis punkte
Übung
1 SWS P
2 SWS Theorie 2 SWS V Testat
Bonus− Klausur
SP2 punkte 10 ECTS
1 SWS Ü 120Min.
2 SWS Praxis Übung
1 SWS P
© wosch SP (SS 2021, A – I) 3.2 Arrangement – Leistungsnachweise I/21
Kür
Übungsaufgaben: 6 (SP1) + 5 (SP2) Programmieraufgaben
abgegebene Programme werden korrigiert und mit Punkten bewertet
unzureichende Erklärung der vorgestellten Lösung ergibt 0 Punkte
Nichtanwesenheit impliziert, die Lösung nur unzureichend erklären zu können
ein Antestat3 (auch: „Miniklausur“) zum Aufwärmen für SP2
geprüft wird Stoff von Vorlesung und Übung, 30 Minuten
Fragen zu Teil A und Teil B der Vorlesung
Trockenaufgabe als Lückentest in der Programmiersprache C
mit Aufgabenanteilen als Mehrfachauswahl (multiple choice)
Notenbonus für die Klausur (auch: „Maxiklausur“)
bei 50 % der Punkte aus „Übungsaufgaben + Testat“
Punkte darüberhinaus gehen in die Bonusberechnung ein
maximal ist ein Notenbonus von 0,7 erreichbar
3
Allgemein eine mündliche oder schriftliche Prüfung in naturwissenschaftlichen
Studienfächern am Anfang eines Semesters. Schriftlich ausgeführt im Fall von SP.
© wosch SP (SS 2021, A – I) 3.2 Arrangement – Leistungsnachweise I/22Kür und Pflicht
Notenbonus nur auf Basis der Übungen des laufenden SP-Moduls
beeinflusst die Punkte-Notenskala der Klausur nicht, er wird allerdings
bei bestandener Klausur auf die Klausurnote angewendet (abgezogen)
kann die Note einer bestandenen Klausur verbessern, nicht jedoch den
Ausschlag zum Bestehen der Klausur geben
,→ Erreichen der Bestehensgrenze muss also immer mit regulär erworbenen
Klausurpunkten erfolgen
Klausur: Termin noch offen, Anfang vorlesungsfreie Zeit
GSP Struktur analog Testat (S. 22), jedoch 90 Minuten Dauer
SP Struktur analog GSP, jedoch 120 Minuten Dauer
zusätzlich Fragen zu Teil C der Vorlesung
Präsenz und aktive Mitarbeit machen die Klausur „leicht“
,→ Besuch der Vorlesung, zuhören und Fragen stellen
,→ Teilnahme an den Tafelübungen, Übungsaufgaben bearbeiten
,→ Programme im Team entwickeln, aber selbst zum Laufen bringen
© wosch SP (SS 2021, A – I) 3.2 Arrangement – Leistungsnachweise I/23
Gliederung
Einleitung
Konzept
Lehrkanon
Lehrziele
Vorkenntnisse
Arrangement
Veranstaltungsbetrieb
Leistungsnachweise
Ausklang
© wosch SP (SS 2021, A – I) 4. Ausklang I/24www4.cs.fau.de/*
Dozenten
Jürgen Kleinöder (~jklein)
Wolfgang Schröder-Preikschat (~wosch)
Mitarbeiter
Dustin Nguyen (~nguyen)
www.augsburger-puppenkiste.de
Jonas Rabenstein (~rabenstein)
Tutoren
© wosch SP (SS 2021, A – I) 4.1 Ausklang – Kontakt I/25
Fragen. . .
Quelle: qmediasolutions.com
© wosch SP (SS 2021, A – I) 4.1 Ausklang – Kontakt I/26Literaturverzeichnis
[1] Aristoteles:
Nikomachische Ethik.
c. 334 BC
[2] Bibliographisches Institut GmbH:
Duden online.
http://www.duden.de, 2013
[3] Tanenbaum, A. S.:
Structured Computer Organization.
Prentice-Hall, Inc., 1979. –
443 S. –
ISBN 0–130–95990–1
[4] Wirth, N. :
Systematisches Programmieren.
Teubner-Studienbücher, 1972. –
160 S. –
ISBN 3–519–02375–X
[5] Wirth, N. :
Algorithmen und Datenstrukturen.
Teubner-Studienbücher, 1975. –
376 S. –
ISBN 3–519–02330–X
© wosch SP (SS 2021, A – I) 4.2 Ausklang – Bibliographie I/27Sie können auch lesen
